Протягом усієї історії люди розробили кілька простих машин, що полегшують роботу. Найбільш помітні з них відомі як «кілька простих механізмів»: колесо і вісь, важіль, похила площина, шків, гвинт і клин, хоча останні три насправді просто розширення або комбінація перших.
Як нам зробити наше життя простішим? Відповідають механізми.
Прості машини - це пристрої без рухомих частин або з дуже невеликою кількістю рухомих частин, які полегшують роботу. Багато сучасних складних інструментів являють собою просто комбінації або більш складні форми шести простих механізмів. Наприклад, ми можемо прикріпити довгу ручку до валу, щоб вийшла лебедка, або використовувати блок і поліспасти, щоб тягнути вантаж вгору по пандусу. Хоча ці машини можуть здатися простими, вони продовжують надавати нам кошти для виконання багатьох речей, які ми ніколи не змогли б зробити без них.
Колесо і вісь
Колесо вважається одним з найбільш значних винаходів в історії людства. «До винаходу колеса в 3500 році до нашої ери люди були сильно обмежені в тому, скільки речей ми можемо транспортувати сушею і як далеко», - як раніше повідомляв Live Science. Колісні візки полегшили сільське господарство і торгівлю, дозволивши перевозити товари на ринки і з ринків, а також полегшивши тягар людей, які подорожують на великі відстані.
Коліщатко значно знижує тертя під час переміщення об'єкта поверхнею. «Якщо ви помістите свою шафу на невеликий візок з колесами, ви можете значно зменшити зусилля, необхідне для переміщення шафи з постійною швидкістю», - стверджують в Університеті Теннессі.
Як далеко проїде колесо з десятків тисяч сірників?
На додаток до зменшення тертя колесо і вісь також можуть служити множником сили. Якщо колесо прикріплене до осі і для повороту колеса використовується сила, обертаюча сила або крутить момент на осі набагато більше, ніж сила, прикладена до ободу колеса. Як альтернативу до осі можна прикріпити довгу ручку для досягнення аналогічного ефекту.
Важіль
«Дайте мені важіль і точку опори, і я переверну світ». Ця хвастлива заява приписується грецькому філософу, математику і винахіднику третього століття Архімеду. Хоча це може бути деяким перебільшенням, воно дійсно висловлює силу важеля, який, принаймні фігурально, рухає світом.
Геніальність Архімеда полягала в тому, що він усвідомив, що для виконання тієї ж кількості або роботи можна знайти компроміс між силою і відстанню, використовуючи важіль. Його Закон Важеля говорить: «Величини знаходяться в рівновазі на відстанях, назад пропорційних їх вагам».
Важіль складається з довгої балки і точки опори, або стрижня. Механічна перевага важеля залежить від співвідношення довжин балки по обидва боки від точки опори.
Похила площина
Похила площина - це просто плоска поверхня, піднята під кутом, як пандус. За словами Боба Вільямса, професора кафедри машинобудування Інженерно-технологічного коледжу Расса в Університеті Огайо, похила площина - це спосіб підйому вантажу, який занадто важкий, щоб піднімати його прямо вгору. Кут (крутизна похилої площини) визначає, яке зусилля необхідно для підйому вантажу. Чим крутіший пандус, тим більше зусиль потрібно.
Шків
Якщо ми хочемо підняти кілограм 50 ваги за допомогою мотузки, ми могли б прикріпити шків до балки над вагою. Це дозволило б нам тягнути мотузку вниз, а не вгору, але для цього все ще потрібно 50 кг сили. Однак, якби ми використовували два шківи - один прикріплений до верхньої балки, а інший прикріплений до вантажу, - і ми повинні були б прикріпити один кінець мотузки до балки, пропустити його через шків на вантажі, а потім через шків на балці, нам потрібно було б тільки тягнути за мотузку з 25 кг сили, щоб підняти вагу. Знову ж таки, ми проміняли збільшення відстані на зменшення сили.
Гвинт
«Гвинт - це, по суті, довга похила площина, обгорнута навколо валу, тому до його механічних переваг можна підходити так само, як і до нахилу», - стверджують в Університеті штату Джорджія. У багатьох пристроях використовуються гвинти для докладання зусиль, які набагато більші, ніж зусилля, що використовуються для повороту гвинта. До таких пристроїв належать слюсарні лещата і затискачі на автомобільних колесах. Вони отримують механічну перевагу не тільки від самого гвинта, а й, у багатьох випадках, від важеля довгої ручки, яку використовують для повороту гвинта.
Шумоподавний гвинт може замінити дорогу звукоізоляцію!
Клин.
За даними Інституту гірничої справи і технологій Нью-Мексико, «клини є рухомими похилими площинами, які переміщуються під вантажем для підйому або в вантаж для поділу або поділу». Більш довгий і тонкий клин дає більше механічних переваг, ніж більш короткий і широкий клин, але клин робить ще дещо: основна функція клину полягає в зміні напрямку вхідної сили. Наприклад, якщо ми хочемо розколоти колоду, ми можемо з великою силою вбити клин вниз в кінець колоди, використовуючи кувалду, і клин перенаправить цю силу назовні, в результаті чого деревина розколеться. Іншим прикладом є дверний упор, де сила, використовувана для штовхання його під край дверей, передається вниз, що призводить до сили тертя, яка перешкоджає ковзанню по підлозі.